JPS5891331A - 軸流回転装置 - Google Patents

軸流回転装置

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JPS5891331A
JPS5891331A JP56187839A JP18783981A JPS5891331A JP S5891331 A JPS5891331 A JP S5891331A JP 56187839 A JP56187839 A JP 56187839A JP 18783981 A JP18783981 A JP 18783981A JP S5891331 A JPS5891331 A JP S5891331A
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JP
Japan
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blade
blades
shaft
rotating shaft
series
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JP56187839A
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English (en)
Inventor
Akio Ando
安藤 明男
Masae Nakanishi
中西 正栄
Shoji Okada
昭二 岡田
Koichi Inoue
浩一 井上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048Form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、過給装置のガス通路等に設置される翼車のよ
うな軸流回転装置に関する。
従来から内燃機関等においては、供給空気密度を上げそ
の有効圧力を上昇させる目的で、排気タービン過給装置
が用V)られている。
このような過給装置の燃焼ガス通路には、通常円錐台状
の回転軸のまわりに、耐熱鋼の精密鋳造により製作され
九複数枚の羽根が溶接された構造の軸流回転装置が設置
されているが、このような軸tlt回転装置においては
、機関回転数が上かや振動応力が大きくなった場合に、
羽根の基部の溶接箇所から折損が生じ中すいという欠点
があった。
を九このような軸fIt回転装置では、より高温高圧の
燃焼ガスを取り入れ回転数を高めると同時に羽根の基部
に作用する応力をできるfeけ軽減することが望まれ、
その丸めに軽量で高温下における機械的強度および耐熱
衝撃性に優れた材料で装置全体を構成するととが必要と
されるが、従来のものはこれらの点で充分なものといえ
なかつた。
さらに近年、回転軸および羽根の部分をセラミック焼結
体により構成することにより上記欠点を解消した軸#1
回転装置も開発されてVhるが、羽根の強度が充分では
なく、シかも高温高圧の燃焼ガスが吹きつけ回転中に応
力が集中する羽根の端縁の頂角部が欠損しやすいとiう
難点があった。
またさらに、これらの軸流装置を射出成形法により一体
に成形する場合、羽根の外側面が曲面で構成され、羽根
全体が回転軸の軸方向に対して傾斜しつつねじれた状態
で設置されているので、成形金型の抜き勾配の設計が難
しく、製造歩留10が悪いという欠点があった。
本発明は、羽根のケーシングと近接する側面を除いた2
−)の外側面を平面で構成すると共に、回転軸と一羽根
とをセラミック焼結体により一体に成形すること等によ
り上記欠点を解消したものである。
以下1図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに説明
する。
図面は本発明の軸fi回転装置の正面図でわ抄、図にお
いて1は円錐台状の回転軸、2はそのまわ炒にその軸方
向に対して傾斜して設けられた複数枚の羽根を示し、羽
根2のケーシングと近接する側面3を除い九2−)の外
側面4はいずれも平面状に構成されている。
また回転軸1と羽根2とは、813N4 * kLN 
5TINのような窒化物系、812ON2のような酸窒
化物系、8tCt B4C* Tic t ZrCのよ
うな炭化物系、Fii、N4−81Cのような炭窒化物
系、或v′hはAt203 tZr02 e Mgkl
O2(Dような酸化物系のセラミック焼結体によね、射
出成形法を用いて一体成形されてお抄、必要に応じて回
転軸1部分で細径円筒状の金属製軸体5にさらに接合さ
れている。
また本発明の軸流回転装置におiては、羽根2せるため
に1.2〜2.0閣 の厚さにすることが望ましい。
さらに羽根の上記端縁の頂角部は、応力集中を緩和する
丸めに1〜smfl& の曲率半径を有する曲面状に面
取9加工されていることが望ましい。面取り加工の際の
曲面の曲率半径が1閣未満ては面取9の効果がほとんど
なく、逆に5mm を越える場合には、燃焼ガスが羽根
のケーシングな近接する外側縁わん曲部3Kまわり込ん
で機関効率が低下しやすいためである。
またさらに本発明においては、このような面取シ加工部
と共に羽根の外鋼縁わん曲部を表面平滑に研磨すること
が望ましいが、その他の部分は表面仕上げの必要がなく
、射出成形金型から抜脱した後成形体を公知の方法で焼
結するだけで足りる。
以上のように構成される本発明の軸流回転装置は、回転
軸と羽根が射出成形法を用いてセラミック焼結二体によ
り一体に成形されているので、軽量で高温下における機
械的強度が大きい。しかも羽根の流体通路に対向する端
縁部の厚さが、従来のものに比べて厚くなってお9、頂
角部も全て曲面状に面取り加工されているので、さらに
強度が向上し振動や回転の応力により羽根が欠損するお
それがほとんどない。
また本発明においては、羽根のケーシングと近接する側
面を除いた2つの外側面がいずれも平面をなしてVhる
ので、射出成形の際の金型の設計および金型からの抜脱
が容易であり、製造の際の歩留ま抄が非常に高いという
利点がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示す正面図である。 1・・・・・・・・・・・・回転軸 2・・・・・・・・・・・・羽 根 5・・・・・・・・・・・・ 金属製軸体6.7・・・
・・・端縁部 (7317)代理人弁理士 則近 憲佑(ほか1名) 手  続  補  正  書(自発) 1事件の表示 特願昭56 −187839号 2、発明の名称 半径流回転装置 3補正をする者 事件との関係 特 許    出願人 (307)  東京芝浦電気株式会社 4代 理 人 〒100 東京都千代田区内幸町1−1〜6 5、\補正の対象 全文訂正明細書 1、発明の名称 半径流回転装置 2、特許請求の範囲 1、 円錐台状の回転軸のまわりに、ケーシングと近接
する側面を除いた2つの外側面か平面で構成された複数
枚の羽根が、それぞれ軸方向に対して頃糾して設けられ
、かつ前記回転軸と羽根が一体に射出成形されて成るセ
ラミック焼結体であることを特徴とする半径流回転装置
。 2、・羽根の流体通路に対向する端縁部の厚さが1、2
〜2.0131であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の半径流回転装置。 3、 羽根の端縁の頂角部か0.1〜5mの曲率半径を
有する曲面状に面取り加工されて□成るこLを特徴とす
る特許請求の範囲第1唄もしくは第2項に記載の半径流
(ロ)転装置。 3、発明の詳細な説明 本発明は、過給装置のガス逼略寺に設置される翼車のよ
うな半径流回転装置に関する。 従来から内燃機関等においては、供給空気密度を上げ、
その有効圧力を上昇させる目的で、排気タービン過給装
置が用いられている。 このような過給装置の燃焼ガス通路には、通常円錐台状
の回転軸のすわりに耐熱鋼の精密鋳造により製作された
仮数枚の羽根が溶接等により接合された構造の半径流回
転装置が設置されているが、このような半径流回転装置
に8いては機関回転数が上がり振動応力が大きくなった
場会lこ、羽根の基部の溶接箇所から折損が生じやすい
という欠点があった。 またこのような半径流回転装置では、より鳩温高圧の燃
焼ガスを取り入れ回転数を高めると同時に羽根の基部に
作用する応力をできるだけ軽減することが望まれ、その
ために軽量下における機械的強度および耐熱簀撃性に優
れた材料で装置全体を構成することが必要とされるが。 従来のものはこれ゛らの点で充分なものといえな77)
つた。 さらに近年、回転軸および羽根の部分をセラミック焼結
体により構成した半径流回転装置も開発されているが、
金属製の構造に基づいたものでは羽根の強度が充分では
なく、しかも高温高圧の燃焼ガスが吹きつけ回転中に応
力が集中する羽根の端縁の頂角部が欠損しやすいという
難点があった。 またさらに、セラミック焼結体でなる羽根車を得る手段
のひとつとしてこれらの半径流装置を射出成形法により
一体に成形する場合、羽根の外側面が複雑な曲面で構成
され、しかも羽根全停が回転軸の軸方向に対して傾斜し
つつねじれた状惑で設置されているので、成形金型の抜
き勾配の設計が難しく、製造歩留まりが悪いという欠点
があった。 本発明は、羽根のケーシングと近接する#l[flを除
いた2つの外側面を平面で構成すると共に回転軸と羽根
とをセラミック焼結体により一体に成形すること等lこ
より上記欠点を解消したものである。 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに説明
する。 図rkJd本発明の半径流回転装置の正面図であり、図
において1は円錐台状の回転軸1,2はそのまわりにそ
の軸方向に対して傾斜して設けられた複数枚の羽根を示
し、羽根20ケーシングと近接する側面3を除いた2つ
の外側面4はいずれも平面状に構成されている。なお5
.ここでいう平面とけ、回転軸に対して直交する平面に
よる断面における羽根の輪郭が基部及び端部を除いて直
線で形成されている伏線を指すものである。 また、回転軸1と羽根2とはS i 3 N 4 + 
klN+TINのような窒化物系、8t2ON2のよう
な酸窒化物系+ S i O# T i Op B 4
0 r Z r Oのような炭    ”化物系、81
3N4 810のような炭鼠化物系。 或いはAj20m+ZrO2,MgAjOzのような酸
化物系のセラミックにより射出成形法を用いて一体成形
されて8す、心安に応じて回転@1部分で細径円筒状の
金属製軸体5にさらに接合されている。 t t、=、本発明の半径流回転装置においては。 羽根2の燃焼ガスのような流体の通路(fi体の吹き付
ける方向を図中に矢印で示す。)に対向する下端縁部6
および上端縁部7Fi羽根の強度を向上させるために1
.2〜2.0uの厚さにすることが望ま−しい、なお、
羽根の強度のために。 上端縁部から基部にかけて肉厚を漸次増加させてテーパ
状断面とすることがよい、この場合テーパ角度Fi0.
5〜31程度が好ましい。強度向上と射出成形時の型抜
きが円滑になるためでめる− さらに羽根の上記端縁部の頂角部は、応力集中を緩和す
るために0.1〜5u好ましくは1〜5鴎の曲率半径を
有する曲面状に面取り加工されていることが望ましい0
面取り加工の際の曲面の曲率半径が0.1 m未満では
面取りの効果がほとんどなく、逆に5 myiを越える
場@番こは、燃焼ガスが羽根のケーシングを近接する外
輪縁わん曲部3にまわり込んで機関効率が低下しやすい
ためためである。また、均一な強度を備えた羽根を射出
成形で容易に得るために、羽根断面において、羽根の中
央部分を通る直重が回転軸中心を通過する状惑とし、か
つ羽根先端部と基部には応力集中を避けるためR(アー
ル)を設ける。先端部では0.5〜l w、yi Rr
基部では0.5〜2冨翼が好ましい。 また、さらに本発明においてはこのような面取り加工部
と共に羽根の外側わん曲部を表面平滑に研磨することが
望ましいが、その他の部分は表面仕上げの必要がなく、
射出成形金型から抜脱した後、成形体を公知の方法で焼
結するだけで足りる。 以上のように構成される本発明の半径流回転装置は、回
転軸と羽根が射出成形法を用いてセラミック焼結体によ
り一体に成形されているので、柱蓄で高温下における機
械的強度が大きいしかも羽根の流体通路に対向する端縁
部の厚さが従来のものに比べて厚くなって2す、頂角部
も全て抽向状に面取り加工されているのでさらに強度が
向上し振動や回転の応力により羽根が欠損するおそれが
ほとんどない。 才だ、本発明においては、羽根のケーシングと近接する
一面を除いた2つの外側面がいずれも平面をなしている
ので射出成形の際の金型の設計および金型からの抜脱が
容易であり、製造の際の歩留まりが非常に高いという利
点がある。 本発明の羽根車は、例えば次のようにして得られる。所
定成分(例えばSi、N484%・Y20x 5%・A
ttOslO%の割合)で調整した粉体を八くインダー
と混合し150℃程虻(こ加熱して流動性を得たのち、
圧力50〜1000〜/dで羽根車を射出成形する。そ
の抜バインダーを除去した後、窒素ガス等の不活性カス
中で1600〜1800℃で数時間保持して焼結する。 焼結後、ケーシングと接する部分等必要個所を研削加工
する。 4、図面の簡単な説明 図面は本発明の一実施例を示す正面図である。 1 ・−・・  回転軸 2− ・−・    羽  伐 5・ ・・・・・ 金属製軸体 6.7・・・・端縁部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、円錐台状の回転軸のまわりに、ケーシングと近接す
    る側面を除いた2つの外側面が平面で構成された複数枚
    の羽根が、それぞれ軸方向に対して傾斜して設けられ、
    かつ前記回転軸と羽根がセラミック焼結体により一体に
    射出成形されて成ることを特徴とする軸流回転装置。 2、羽根C)4体通路に対向する端縁部の厚さが1、2
     +2. Oram  であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の軸流回転装置。 3、羽根の端縁の頂角部が、1〜5InffI  の曲
    率半径を有する曲面状に面取り加工されて成ることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載の軸
    f11回転装置。
JP56187839A 1981-11-25 1981-11-25 軸流回転装置 Pending JPS5891331A (ja)

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US06/425,998 US5051062A (en) 1981-11-25 1982-09-28 Radial flow turbine rotor
EP82305163A EP0080258A3 (en) 1981-11-25 1982-09-29 Radial flow turbine rotor

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